无线传感器网络中Sybil攻击的检测与防御机制研究

论文摘要

随着无线通信技术和传感技术的进一步发展,无线传感器网络正逐渐从研究阶段走向实用阶段。由于在军事、科学和商业领域都具有广泛的应用前景,无线传感器网络目前已经成为世界上各国学术界和工业界关注的热点。无线传感器网络一般配置在恶劣环境、无人区域或敌方阵地中,加之本身固有的限制,其安全问题引起了人们的极大关注。Sybil攻击是一种对无线传感器网络危害巨大的攻击方式,在Sybil攻击中,一个恶意节点通过冒充其他节点或简单的对外声称伪造的身份,从而对外表现为多个传感器节点,即具有多个身份。这种攻击危害到传感器网络中的诸多层面,包括路由的发现与建立、资源分配、竞争投票机制、异常行为检测等。本文针对这一问题,对Sybil攻击进行了详细的分析,给出了两种针对Sybil攻击的解决方案:稀疏密度无线传感器网络中的Sybil攻击检测机制,基于簇的平面Merkle哈希树的Sybil攻击防御机制。稀疏密度无线传感器网络中的Sybil攻击检测机制,改进并实现了一种基于可接收信号强度指示的Sybil攻击检测机制,即利用多个节点接收到的可接收信号强度指示RSSI(Received Signal Strength Indicator)的值,协同检测无线传感器网络中的Sybil攻击。该机制没有使用密钥加密算法,可以有效控制检测Sybil攻击过程中的能量损耗以及尽量节省节点的存储空间,较适用于无线传感器网络。基于簇的平面Merkle哈希树的Sybil攻击防御机制,在层次式的簇型网络中,利用每一个簇中多个节点共同维护的Merkle哈希树,验证新加入节点的身份以及保证节点与节点之间的安全通信。属于一种简单的对称密钥方法,避免了使用公钥加密算法,对计算资源和存储资源的需求较小,且扩展性较好。本文分别对给出的两种方案进行了理论与性能分析,证明了其在无线传感网络的Sybil攻击检测与防御中,具有良好的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 无线传感网概述
• §1.2 无线传感网安全需求
• §1.3 课题相关介绍及研究意义
• §1.4 课题主要工作
• §1.5 论文组织结构
• 第二章 相关研究工作
• §2.1 相关知识
• 2.1.1 Sybil攻击的相关概念
• 2.1.2 Merkle哈希树
• §2.2 Sybil攻击的检测
• 2.2.1 无线资源检测
• 2.2.2 基于可接收信号强度指示的Sybil攻击检测
• §2.3 Sybil攻击的防御
• 2.3.1 随机密钥预分布（Random Key Predistribution）
• 2.3.2 基于Merkle哈希树的身份证书
• §2.4 小结
• 第三章 稀疏密度无线传感器网络中的Sybil攻击检测机制
• §3.1 可接收信号强度指示
• 3.1.1 可接收信号强度指示原理
• 3.1.2 无线信号传播模型
• §3.2 基于RSSI的Sybil攻击检测的可行性分析
• 3.2.1 RSSI的直接应用
• 3.2.2 RSSI用于Sybil攻击检测的可行性分析
• §3.3 基于RSSI的Sybil攻击检测机制
• 3.3.1 RSSI值的获取
• 3.3.2 Sybil攻击的判断
• 3.3.3 Sybil攻击的检测流程
• §3.4 实验与性能分析
• 3.4.1 实验环境
• 3.4.2 RSSI易变性分析
• 3.4.3 安全性分析
• 3.4.4 能耗分析
• §3.5 小结
• 第四章 基于簇的平面Merkle哈希树的Sybil攻击防御机制
• §4.1 网络模型
• 4.1.1 模型选择
• 4.1.2 符号定义说明
• §4.2 网络初始化
• 4.2.1 网络分簇
• 4.2.2 Merkle哈希树生成
• §4.3 基于簇的平面Merkle哈希树的身份认证机制
• 4.3.1 簇内通信节点的认证
• 4.3.2 簇间通信节点的认证
• 4.3.3 新加入节点的认证
• §4.4 性能分析与模拟
• 4.4.1 理论分析
• 4.4.2 模拟实验
• §4.5 小结
• 第五章 工作总结与展望
• §5.1 论文总结
• §5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果